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制作出一种模仿自然的3D材料能将细胞转化为肌肉

RMIT生物医学工程师已成功制作出一种模仿自然的3D材料,将细胞转化为肌肉。研究人员首次将胚胎发育的自然过程纳入其中,以构建一种能够更自然地与干细胞进行通信以进行有效组织修复的材料。

这一突破为受伤的人们提供了希望,因为他们的肌肉因创伤或疾病而无法自我修复,而且人口迅速老化。在RMIT大学的Richard Williams博士的带领下,研究人员将实验室制造的肽与天然蛋白质和聚合物结合起来,创造出一种3D“水凝胶支架”。

支架使用自然机制来结合在自然发育环境中发现的信号,以支持和将干细胞工程化为肌纤维。“我们的干细胞在发育过程中处于最佳状态,脚手架驱使它们产生我们所有的组织和器官;然而随着人们的成长和衰老,他们失去了这种能力,并积累了不良结构,“威廉姆斯说。

“因此,真正需要在身体磨损或受损时修复和更换身体部位的方法,特别是当我们的人口现在活得更长时。“基本上,我们制造一个支架,向细胞发送健康信号,重新组织自己,开始生长构成健康肌肉的小纤维。

“这就像我们在组织开发和修复方面的潜力最佳时一样。”威廉姆斯表示,这是一个“简单的过程”,可以提供复杂的结构,这种结构的灵感来自于自然界在开发过程中结构的结合方式,仅从两个细胞开始。

“我们开发了一种简单,便宜但功能强大的工具包,鼓励不同的环境让不同的组织生长,”他说。“天然组织的物质特性,如肌肉,非常复杂,极难模仿。“研究人员多年来一直在制作'组织'信号,以了解细胞如何工作,但仅限于平坦或2D环境。

“我们已经找到了一种方法,可以在3D支架中使用胚胎发育过程中存在的蛋白质,并利用这个额外的维度来潜在地生长肌肉。

“我们的研究表明,将水凝胶与这些小蛋白质结合起来既简单又有效。事实上,在将细胞接种到组织中仅24至72小时后,单个细胞显着重组为多细胞结构,继续构成功能性肌肉。“

RMIT研究人员正在探索如何进行生物打印已经嵌入干细胞的肌肉将神经,血管和肌肉组合成实验室生长的“备用部件”。

3D脚手架如何工作在胚胎发育期间,干细胞存在于特定且独特的支架内,其允许它们组织成复杂的结构,例如组织。随着年龄的增长,支架发生变化,这些信号效果甚至更差,并且可以防止组织修复发生。

研究人员已经能够通过生成3D材料来复制发育过程,该材料向干细胞发送正确的信号,以帮助替代肌肉纤维并修复损伤。研究人员的方法基于水凝胶支架 - 由水和蛋白质组成的精致网状物。支架用蛋白质装饰,并提供细胞使肌肉生长所需的结构和信号。

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